KR20140007289A - 성막 방법 - Google Patents

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film
wafer
film forming
metal
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KR1020130079644A
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히로아키 이케가와
마사히코 가미니시
준 오가와
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

성막 방법은, 제1 금속을 함유하는 제1 원료 가스에 기판을 노출시키고, 당해 기판을, 상기 제1 원료 가스와 반응하는 반응 가스에 노출시키는 사이클을 1회 이상 행하여 제1 금속 화합물의 막을 상기 기판에 성막하는 제1 성막 스텝과, 상기 제1 금속 화합물의 막이 성막된 상기 기판을, 상기 제1 원료 가스에 노출시키고, 상기 제1 금속 화합물의 막에 상기 제1 금속을 흡착시키는 흡착 스텝과, 상기 제1 금속이 흡착된 상기 기판을, 제2 금속을 함유하는 제2 원료 가스에 노출시키고, 당해 기판을, 상기 제2 원료 가스와 반응하는 반응 가스에 노출시키는 사이클을 1회 이상 행하여 제2 금속 화합물의 막을 상기 기판에 성막하는 제2 성막 스텝을 포함한다.

Description

성막 방법{FILM FORMING METHOD}
본 출원은, 2012년 7월 9일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 2012-153407호에 기초하는 우선권을 주장하는 것으로, 일본 특허 출원 2012-153407호의 전체 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을, 서로 반응하는 2종류 이상의 반응 가스에 교대로 노출시킴으로써, 반응 생성물에 의한 박막을 성막하는 성막 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 기억 소자 중의 메모리 셀의 절연층으로서 고유전율을 갖는 재료가 사용되고 있다. 그와 같은 재료의 하나로, 산화 지르코늄(ZrO)이 있다. ZrO은, 약 24 내지 40이라고 하는 유전율을 갖고 있는 한편, 내전압성이 낮다고 하는 문제가 있다. 따라서 ZrO에 대해 알루미늄(Al)을 첨가한 ZrAlO막에 의해, 높은 유전율과 높은 내전압을 실현하는 것이 시도되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 및 2).
3원 금속 산화물인 ZrAlO막을 성막하는 성막 방법으로서, 원자층 성막(ALD)법, 또는 분자층 성막(MLD)법으로 불리는 성막 방법이 기대되고 있다. 이 성막 방법에 따르면, Zr 함유 가스 및 산소 함유 가스를 기판에 대해 복수회 교대로 공급하여 ZrO막을 성막하는 ZrO 사이클과, Al 함유 가스와 산소 함유 가스를 기판에 대해 복수회 교대로 공급하여 AlO막을 성막하는 AlO 사이클이 반복해서 행해져, ZrO막과 AlO막이 교대로 적층된 ZrAlO막을 성막할 수 있다. 이 경우, Zr에 대한 Al의 조성은 Zr층에 대한 Al층의 비에 의해 결정된다. 즉, ZrO 사이클에 의해 성막된 ZrO막 중의 Zr층의 수와, AlO 사이클에 의해 성막된 AlO막 중의 Al층의 수의 비에 의해, ZrAlO막의 유전율 및 내전압이 제어된다.
이상과 같이 Zr층 및 Al층의 층수비에 의해 Al 조성(Al 첨가량)을 제어하는 경우에는 Al 첨가량을 자유롭게 제어할 수 없을 우려가 있다. 예를 들어, ZrAlO막 중의 ZrO막 중에 4층의 Zr층이 있고, AlO막 중에 1층의 Al층이 있는 경우에는, 실질적으로 Zr0.8Al0.2O막이 성막되어 있는 것으로 되고, Zr0 .9Al0 .1O막을 얻을 수는 없다. 한편, Zr0.9Al0.1O막을 성막하기 위해 ZrAlO막 중에 9층의 Zr층과, 1층의 Al층을 형성하면, ZrO막과 AlO막의 합계 막 두께를 두껍게 하지 않을 수 없어, 경우에 따라서는, 얇은 ZrAlO막을 얻을 수 없는 사태로도 된다.
국제 공개 제(WO)2008／108128호 공보 일본 특허 출원 공개 제2011-18707호 공보
본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어지고, 3원 금속 산화물의 조성 제어성이 향상되는 원자층(분자층) 성막 방법을 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 제1 금속을 함유하는 제1 원료 가스에 기판을 노출시키고, 당해 기판을, 상기 제1 원료 가스와 반응하는 반응 가스에 노출시키는 사이클을 1회 이상 행하여 제1 금속 화합물의 막을 상기 기판에 성막하는 제1 성막 스텝과, 상기 제1 금속 화합물의 막이 성막된 상기 기판을, 상기 제1 원료 가스에 노출시키고, 상기 제1 금속 화합물의 막에 상기 제1 금속을 흡착시키는 흡착 스텝과, 상기 제1 금속이 흡착된 상기 기판을, 제2 금속을 함유하는 제2 원료 가스에 노출시키고, 당해 기판을, 상기 제2 원료 가스와 반응하는 반응 가스에 노출시키는 사이클을 1회 이상 행하여 제2 금속 화합물의 막을 상기 기판에 성막하는 제2 성막 스텝을 포함하는 성막 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법의 실시에 바람직한 성막 장치를 도시하는 개략 측면도.
도 2는 도 1의 성막 장치의 개략 상면도.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 나타내는 흐름도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법의 실시에 바람직한 다른 성막 장치를 도시하는 개략 측면도.
도 5는 도 4의 성막 장치의 진공 용기 내의 구성을 도시하는 개략 사시도.
도 6은 도 4의 성막 장치를 도시하는 개략 상면도.
도 7은 도 4의 성막 장치의 일부 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 한정적이 아닌 예시의 실시 형태에 대해 설명한다. 첨부된 전체 도면 중, 동일 또는 대응하는 부재 또는 부품에는, 동일 또는 대응하는 참조 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 도면은, 부재 또는 부품간의 상대비를 나타내는 것을 목적으로 하지 않고, 따라서 구체적인 치수는, 이하의 한정적이 아닌 실시 형태에 비추어, 당업자에 의해 결정되어야 하는 것이다.
(성막 장치)
이하, 도 1 및 도 2를 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 실시하는 데에 바람직한 성막 장치를 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 성막 장치(2)는, 하단부가 개방된 천장이 있는 원통체 형상의 처리 용기(4)를 갖고 있다. 이 처리 용기(4)의 전체는, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있고, 이 처리 용기(4) 내의 천장에는, 석영제의 천장판(6)이 설치되어 밀봉되어 있다. 또한, 이 처리 용기(4)의 하단부 개구부에는, 플랜지부(8)가 설치되어 있다. 또한, 처리 용기(4)의 하단부에 스테인리스 스틸제의 매니폴드를 설치해도 된다.
처리 용기(4)의 하단부의 개구부를 통하여, 반도체 웨이퍼(W)가 복수단으로 적재되는 석영제의 웨이퍼 보트(12)가 반입출된다. 본 실시 형태에 있어서, 웨이퍼 보트(12)의 지주(12A)에는, 예를 들어 50 내지 100매의 직경이 300㎜인 웨이퍼(W)를 대략 등피치로 다단으로 지지하기 위한 슬릿(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
웨이퍼 보트(12)는, 테이블(16) 상에 석영제의 보온통(14)을 통해 적재되고, 테이블(16)은, 처리 용기(4)의 하단부 개구부를 개폐하는, 예를 들어 스테인리스 스틸제의 덮개부(18)를 관통하는 회전축(20) 상에 지지된다.
회전축(20)의 관통부에는, 예를 들어 자성 유체 시일(22)이 설치되고, 이에 의해 회전축(20)은 기밀하게, 또한 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 덮개부(18)의 주변부와 처리 용기(4)의 하단부 사이에는, 예를 들어 O링 등으로 이루어지는 시일 부재(24)가 설치되고, 이에 의해 처리 용기(4) 내가 외부 분위기로부터 격리되어 있다.
회전축(20)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(도시하지 않음)에 지지된 아암(26)의 선단에 설치되고, 웨이퍼 보트(12) 및 덮개부(18) 등을 일체적으로 승강하여 처리 용기(4) 내로 반입출할 수 있다. 또한, 테이블(16)을 덮개부(18)에 고정하여 웨이퍼 보트(12)가 회전하지 않도록 해도 된다.
처리 용기(4)의 하부에는, 예를 들어 산소(O2) 가스를 공급하는 가스 공급부(28)와, 예를 들어 테트라키스·에틸메틸·아미노지르코늄(TEMAZ) 가스를 공급하는 가스 공급부(30)와, 트리메틸알루미늄(TMA) 가스를 공급하는 가스 공급부(32)와, 퍼지 가스로서 불활성 가스(예를 들어, N2 가스)를 공급하는 퍼지 가스 공급부(34)가 설치되어 있다.
구체적으로는, 가스 공급부(28)는, 처리 용기(4)의 하부 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영 글래스제의 가스 분산 노즐(38)을 갖고 있다. 가스 분산 노즐(38)에는, 그 길이 방향을 따라 복수의 가스 분사 구멍(38A)이 소정의 간격으로 형성되고, 각 가스 분사 구멍(38A)으로부터 수평 방향으로 대략 균일하게 O2 가스가 분사된다.
마찬가지로, 가스 공급부(30)는, 처리 용기(4)의 하부 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영 글래스제의 가스 분산 노즐(40)을 갖고 있다. 가스 분산 노즐(40)에는, 그 길이 방향을 따라 복수의 가스 분사 구멍(40A)이 소정의 간격으로 형성되고, 각 가스 분사 구멍(40A)으로부터 수평 방향으로 대략 균일하게 TEMAZ 가스가 분사된다.
마찬가지로, 가스 공급부(32)도, 처리 용기(4)의 하부 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영 글래스제의 가스 분산 노즐(42)을 갖고 있다. 가스 분산 노즐(42)에는, 그 길이 방향을 따라 복수의 가스 분사 구멍(42A)이 소정의 간격으로 형성되고, 각 가스 분사 구멍(42A)으로부터 수평 방향으로 대략 균일하게 TMA 가스가 분사된다.
퍼지 가스 공급부(34)는, 처리 용기(4)의 하부 측벽을 내측으로 관통하여 상방향으로 굴곡되어 연장되는 석영 글래스제의 가스 분산 노즐(44)을 갖고 있다. 가스 분산 노즐(44)에는, 그 길이 방향을 따라 복수의 가스 분사 구멍(44A)(도 2 참조)이 소정의 간격으로 형성되고, 각 가스 분사 구멍(44A)으로부터 수평 방향으로 대략 균일하게 퍼지 가스로서 N2 가스가 분사된다.
또한, 도시의 편의상, 각 노즐(38, 40, 42 및 44)은 처리 용기(4)의 하부 측벽을 관통하고 있지만, 실제로는 플랜지부(8)로부터 삽입되어 있다.
또한, 각 노즐(38, 40, 42 및 44)에는, 대응하는 가스 통로(48, 50, 52 및 54)가 접속되어 있다. 가스 통로(48)는, 성막 장치(2)가 배치되는 클린룸의 용역 설비로서의 산소 가스 공급원에 접속되고, 가스 통로(54)는, 용역 설비로서의 질소 가스 공급원에 접속되어 있다.
가스 통로(50)는, 도시하지 않은 TEMAZ 가스 공급원에 접속되어 있다. TEMAZ 가스 공급원은, 예를 들어 버블러 탱크와, 버블러 탱크로 캐리어 가스(예를 들어, N2 가스)를 공급하는 캐리어 가스 공급관을 갖고 있다. 캐리어 가스 공급관으로부터 버블러 탱크 내로 N2 가스를 공급하면, 캐리어 가스 중에 TEMAZ의 증기가 도입되고, TEMAZ 증기를 포함하는 캐리어 가스(편의상, TEMAZ 가스라 함)가 가스 통로(50)로 공급된다.
또한, 가스 통로(52)는, 도시하지 않은 TMA 가스 공급원에 접속되어 있다. TMA 가스 공급원은, 예를 들어 버블러 탱크와, 버블러 탱크로 캐리어 가스(예를 들어, N2 가스)를 공급하는 캐리어 가스 공급관을 갖고 있다. 캐리어 가스 공급관으로부터 버블러 탱크 내로 N2 가스를 공급하면, 캐리어 가스 중에 TMA의 증기가 도입되고, TMA 증기를 포함하는 캐리어 가스(편의상, TMA 가스라 함)가 가스 통로(52)로 공급된다.
또한, 각 가스 통로(48, 50, 52 및 54)에는, 대응하는 개폐 밸브(48A, 50A, 52A 및 54A)와, 대응하는 유량 제어기(48B, 50B, 52B 및 54B)가 설치되어 있다. 이들에 의해, O2 가스, TEMAZ 가스, TMA 가스, N2 가스가 소정의 유량으로 제어되면서 공급된다.
한편, 처리 용기(4)의 측벽의 일부에는, 플라즈마 생성부(66)가 형성되고, 플라즈마 생성부(66)에 대향하는 처리 용기(4)의 반대측에는, 처리 용기(4)를 감압으로 배기하는 배기로로서의 가늘고 긴 배기구(68)가 형성되어 있다.
구체적으로는, 플라즈마 생성부(66)는, 처리 용기(4)의 측벽에 형성된 상하로 가늘고 긴 개구(70)를 외측으로부터 덮도록, 단면 오목부 형상을 갖는 상하로 가늘고 긴, 예를 들어 석영제의 플라즈마 구획벽(72)을 용기 외벽에 기밀하게 용접 접합함으로써 형성되어 있다. 플라즈마 구획벽(72)에 의해 구획된 공간(내부 공간)은, 처리 용기(4) 내에 일체적으로 연통되어 있다. 개구(70)는, 웨이퍼 보트(12)에 보유 지지되어 있는 모든 웨이퍼(W)를 높이 방향에 있어서 커버할 수 있도록 상하 방향으로 충분히 길게 형성되어 있다. 또한, 개구(70)의 부분에 다수의 슬릿을 형성한 슬릿판을 설치하도록 해도 된다.
또한, 플라즈마 구획벽(72)의 양 측벽의 외측면에는, 그 길이 방향(상하 방향)을 따라 서로 대향하도록 하여 가늘고 긴 한 쌍의 플라즈마 전극(74)이 설치되어 있다. 플라즈마 전극(74)에는 플라즈마 발생용의 고주파 전원(76)이 급전 라인(78)을 통해 접속되고, 플라즈마 전극(74)에, 예를 들어 13.56㎒의 고주파 전압을 인가함으로써, 플라즈마 구획벽(72)의 내부 공간에 플라즈마가 발생될 수 있다. 또한, 이 고주파 전압의 주파수는 13.56㎒로 한정되지 않고, 다른 주파수, 예를 들어 400㎑ 등이어도 된다.
또한, 처리 용기(4) 내를 상방향으로 연장해 가는 가스 분산 노즐(38)은 도중에 처리 용기(4)의 반경 방향 외측으로 굴곡되고, 플라즈마 구획벽(72)의 내부 공간의 가장 안쪽[처리 용기(4)의 중심으로부터 가장 이격된 부분]에 위치되고, 플라즈마 구획벽(72)의 내면을 따라 상방으로 기립되어 있다. 따라서 고주파 전원(76)이 온 되어 있을 때에 가스 분산 노즐(38)의 가스 분사 구멍(38A)으로부터 분사된 O2 가스는, 플라즈마 구획벽(72)의 내부 공간에서 활성화되어, 처리 용기(4)의 중심을 향해 확산되면서 흐른다.
플라즈마 구획벽(72)의 외측에는, 이것을 덮도록 하여, 예를 들어 석영으로 이루어지는 절연 보호 커버(80)가 설치되어 있다. 절연 보호 커버(80)의 내측 부분에는, 도시하지 않은 냉매 통로가 형성되어 있고, 냉각된 질소 가스나 냉각수를 흘림으로써 플라즈마 전극(74)을 냉각할 수 있도록 되어 있다.
개구(70)에 대향하는 배기구(68)에는, 석영으로 이루어지는 단면 일본어 コ자 형상으로 성형된 배기구 커버 부재(82)가 용접에 의해 설치되어 있다. 배기구 커버 부재(82)는, 처리 용기(4)의 측벽을 따라 하방으로 연장되어 있고, 처리 용기(4)의 내부가, 처리 용기(4)의 하방의 가스 출구(84)로부터, 압력 조정 밸브(86)나 진공 펌프(88)를 갖는 배기 장치(90)에 의해 감압으로 배기된다.
또한, 처리 용기(4)의 외주를 둘러싸도록 처리 용기(4)와, 그 내부의 웨이퍼(W)를 가열하는 통체 형상의 가열부(92)가 설치되어 있다. 또한, 성막 장치(2)는, 예를 들어 컴퓨터 등으로 이루어지는 제어부(93)에 의해 제어되고, 구체적으로는 각 가스의 공급의 개시 및 정지, 각 가스 유량의 지시, 프로세스 압력이나 프로세스 온도의 지시, 고주파 전원(76)의 온·오프 등이 제어된다. 제어부(93)는, 제어를 행하기 위한 컴퓨터에 판독 가능한 프로그램을 기억하는 기억 매체(94)를 갖고 있다. 이 기억 매체(94)는, 플렉시블 디스크, CD(Compact Disc), CD-ROM, 하드 디스크, 플래시 메모리 혹은 DVD 등이어도 된다.
(성막 방법)
다음에, 도 1에서 도 3까지를 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 상술한 성막 장치(2)에 있어서 실시하는 경우를 예로 들어 설명한다. 우선, 예를 들어 50 내지 100매의 직경 300㎜를 갖는 웨이퍼(W)가 탑재된 웨이퍼 보트(12)(도 1)를 미리 소정의 온도로 설정된 처리 용기(4) 내에 하방으로부터 반입하고, 덮개부(18)에 의해 처리 용기(4)의 하단부 개구부를 폐쇄한다. 계속해서, 퍼지 가스 공급부(34)로부터 처리 용기(4) 내로 N2 가스를 공급하는 동시에, 압력 조정 밸브(86) 및 진공 펌프(88)에 의해, 처리 용기(4) 내를 소정의 프로세스 압력으로 유지한다. 또한, 가열부(92)로의 공급 전력을 증대시켜 웨이퍼(W)를 소정의 프로세스 온도로 유지한다.
다음에, 스텝 S1(도 3)에 있어서, 가스 공급부(30)의 개폐 밸브(50A)를 개방함으로써 처리 용기(4)에 TEMAZ 가스를 공급하고, 웨이퍼 보트(12)에 탑재되는 웨이퍼(W)를 TEMAZ 가스에 노출시킨다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 TEMAZ 가스(분자)가 흡착된다.
소정의 시간이 경과한 후, 가스 공급부(30)의 개폐 밸브(50A)를 폐쇄함으로써 TEMAZ 가스의 처리 용기(4)로의 공급을 정지하면, 퍼지 가스 공급부(34)로부터의 N2에 의해 처리 용기(4) 내가 퍼지된다.
처리 용기(4) 내가 충분히 퍼지된 후, 가스 공급부(28)의 개폐 밸브(48A)를 개방함으로써 처리 용기(4)에 O2 가스를 공급하는 동시에, 고주파 전원(76)(도 1)으로부터 플라즈마 전극(74)에 고주파 전력을 인가하고, 플라즈마 구획벽(72)의 내부 공간에 플라즈마를 생성한다. 이에 의해, 활성화된 O2 가스(산화 가스)가 처리 용기(4) 내에 공급되고, 웨이퍼(W)가 산화 가스에 노출된다[스텝 S2(도 3)]. 이때, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되어 있었던 TEMAZ 가스가, 활성화된 O2 가스에 의해 산화되어, ZrO막이 웨이퍼(W)에 성막된다. 웨이퍼(W) 표면 상의 TEMAZ 가스가 충분히 산화된 후, 가스 공급부(28)의 개폐 밸브(48A)를 폐쇄함으로써 O2 가스의 처리 용기(4)로의 공급이 정지된다.
스텝 S1과 S2의 사이클이 소정의 횟수 행해져 있지 않은 경우(스텝 S3:아니오), 스텝 S1로 복귀되어, 스텝 S1과 S2가 반복된다. 한편, 이 사이클이 소정의 횟수 행해져, 소정의 막 두께를 갖는 ZrO막(이하, 제1 ZrO막이라 함)이 성막된 경우에는(스텝 S3:예), 스텝 S4로 진행한다. 즉, 가스 공급부(30)의 개폐 밸브(50A)를 개방함으로써 처리 용기(4)에 TEMAZ 가스를 공급하고, 웨이퍼 보트(12)에 탑재되는 웨이퍼(W)를 TEMAZ 가스에 노출시킨다. 이에 의해, 소정의 두께로 성막되어 있는 제1 ZrO막 상에 TEMAZ 가스가 흡착된다.
소정의 시간이 경과한 후, 가스 공급부(30)의 개폐 밸브(50A)를 폐쇄함으로써 TEMAZ 가스의 처리 용기(4)로의 공급을 정지하면, 퍼지 가스 공급부(34)로부터의 N2에 의해 처리 용기(4) 내가 퍼지된다.
다음에, 가스 공급부(32)의 개폐 밸브(52A)를 개방함으로써 처리 용기(4)에 TMA 가스를 공급하고, 웨이퍼 보트(12)에 탑재되는 웨이퍼(W)를 TMA 가스에 노출시킨다[스텝 S5(도 3)]. 이때, 웨이퍼(W)는, 스텝 S4에 있어서 TEMAZ 가스에 노출되었으므로, 웨이퍼(W)의(제1 ZrO막의) 표면에는 TEMAZ 가스도 또한 흡착되어 있다. TEMAZ 가스는, 기초의 제1 ZrO막에 대해 물리 흡착되어 있어, 안정적으로 흡착되어 있지 않다고 생각된다. 이로 인해, 어느 정도의 양의 TEMAZ 가스는 제1 ZrO막의 표면으로부터 이탈되어 있다고 생각된다. 이때에 TMA 가스에 노출되면, 제1 ZrO막의 표면에는, 소정의 비율로 TEMAZ 가스와 TMA 가스의 양쪽이 흡착되어 있게 된다. 바꾸어 말하면, TMA 가스의 흡착이, 흡착되어 있는 TEMAZ 가스에 의해 저해되어(흡착 사이트가 TEMAZ 가스에 의해 빼앗겨), TMA 가스와 TEMAZ 가스가 소정의 비율로 흡착되어 있게 된다.
계속해서, 소정의 시간이 경과한 후, 개폐 밸브(52A)를 폐쇄함으로써 TMA 가스의 처리 용기(4)로의 공급을 정지하면, 퍼지 가스 공급부(34)로부터의 N2에 의해 처리 용기(4) 내가 퍼지된다.
처리 용기(4) 내가 충분히 퍼지된 후, 가스 공급부(28)의 개폐 밸브(48A)를 개방함으로써 처리 용기(4)에 O2 가스를 공급하는 동시에, 고주파 전원(76)(도 1)으로부터 플라즈마 전극(74)에 고주파 전력을 인가하고, 플라즈마 구획벽(72)의 내부 공간에 플라즈마를 생성한다. 이에 의해, 활성화된 O2 가스(산화 가스)가 처리 용기(4) 내에 공급되고, 웨이퍼(W)가 산화 가스에 노출된다[스텝 S6(도 3)]. 이때, 제1 ZrO막의 표면에 흡착되어 있었던 TEMAZ 가스 및 TMA 가스가, 활성화된 O2 가스에 의해 산화되어, ZrAlO막이 웨이퍼(W) 상에 성막된다. 소정의 시간이 경과한 후, 가스 공급부(28)의 개폐 밸브(48A)를 폐쇄함으로써 O2 가스의 처리 용기(4)로의 공급이 정지되고, 처리 용기(4) 내는 N2 가스에 의해 퍼지된다.
다음에, 스텝 S7 내지 스텝 S9(도 3)가 행해진다. 이들 스텝은, 스텝 S1 내지 스텝 S3에 대응하고 있고, 이들 스텝을 행함으로써, ZrAlO막 상에 소정의 막 두께를 갖는 ZrO막(이하, 제2 ZrO막이라 함)이 성막된다. 이 후, 처리 용기(4) 내가 N2 가스로 퍼지된 후에 웨이퍼 보트(12)가 처리 용기(4)로부터 반출된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 성막 방법에 있어서는, 스텝 S1 및 S2가 소정의 횟수 반복되어 소정의 막 두께를 갖는 제1 ZrO막이 성막되고, 제1 ZrO막 상에 스텝 S4에서 S6까지에 의해 ZrAlO막이 성막된 후에, ZrAlO막 상에 스텝 S7 및 S8이 소정의 횟수 반복되어 소정의 막 두께를 갖는 제2 ZrO막이 성막된다. 이에 의해, 전체적으로 ZrAlO막이 얻어진다. 여기서, 제1 ZrO막과 제2 ZrO막 사이에 ZrAlO막 대신에 AlO막이 성막되어 있다고 하면, 전체로서의 ZrAlO막 중의 Al과 Zr의 조성비는, AlO막의 수와 ZrO막의 수의 비에 의해 결정된다. 따라서 1:2, 1:3, 1:4, … 등의 이산적인 조성비밖에 취할 수 없다. 그러나 본 실시 형태에 따르면, 제1 ZrO막과 제2 ZrO막 사이에 ZrAlO막이 성막되어 있으므로, 이 ZrAlO막 중의 Al과 Zr의 조성비에 의해, 전체적으로 ZrAlO막 중의 Al 조성을 연속적인 값으로 조정하는 것이 가능해진다.
다음에, 상기한 성막 방법을 실시하는 데에 바람직한 다른 성막 장치에 대해 설명한다.
도 4는 성막 장치의 개략 단면이고, 도 5 및 도 6은, 진공 용기(110) 내의 구조를 설명하는 도면이다. 도 5 및 도 6에서는, 설명의 편의상, 천장판(111)의 도시를 생략하고 있다.
도 4에서 도 6까지를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 장치(1)는, 대략 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 진공 용기(110)와, 이 진공 용기(110) 내에 설치되고, 진공 용기(110)의 중심에 회전 중심을 갖는 회전 테이블(200)을 구비하고 있다. 진공 용기(110)는, 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(120)와, 용기 본체(120)의 상면에 대해, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(130)(도 4)를 통해 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(111)을 갖고 있다.
회전 테이블(200)은, 중심부에서 원통 형상의 코어부(210)에 고정되고, 이 코어부(210)는, 연직 방향으로 신장되는 회전축(220)의 상단부에 고정되어 있다. 회전축(220)은 진공 용기(110)의 바닥부(140)를 관통하고, 그 하단부가 구동부(230)에 설치되어 있다. 구동부(230)에 의해 회전축(220), 나아가서는 회전 테이블(200)이 연직축을 중심으로 회전할 수 있다. 회전축(220) 및 구동부(230)는, 상면이 개방된 통 형상의 케이스체(201) 내에 수납되어 있다. 이 케이스체(201)는 그 상면에 설치된 플랜지 부분이 진공 용기(110)의 바닥부(140)의 하면에 기밀하게 설치되어 있어, 케이스체(201)의 내부 분위기가 외부 분위기로부터 격리된다.
회전 테이블(200)의 표면에는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 회전 방향(둘레 방향)을 따라 반도체 웨이퍼(이하 「웨이퍼」라 함)(W)를 적재하기 위한 복수(도시의 예에서는 5개)의 원형 형상의 웨이퍼 적재부(240)가 설치되어 있다. 단, 도 6에서는 편의상 1개의 웨이퍼 적재부(240)에만 웨이퍼(W)를 도시한다. 이 웨이퍼 적재부(240)는, 웨이퍼(W)의 직경(예를 들어, 300㎜)보다도 약간, 예를 들어 4㎜ 큰 내경과, 웨이퍼(W)의 두께에 대략 동등한 깊이를 갖고 있다. 따라서 웨이퍼(W)를 웨이퍼 적재부(240)에 적재하면, 웨이퍼(W)의 표면과 회전 테이블(200)의 표면[웨이퍼(W)가 적재되지 않는 영역]이 대략 동일한 높이로 된다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(200)의 상방에는, 반응 가스 노즐(310), 분리 가스 노즐(420), 반응 가스 노즐(320) 및 분리 가스 노즐(410)이 이 순서로 진공 용기(110)의 둘레 방향으로 간격을 두고 배열되어 있다. 이들 노즐(310, 320, 410 및 420)은, 각각의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a 및 42a)(도 6)를 용기 본체(120)의 외주벽에 고정함으로써, 진공 용기(110)의 외주벽으로부터 진공 용기(110) 내에 도입되고, 용기 본체(120)의 반경 방향을 따라 회전 테이블(200)에 대해 평행하게 연장되어 있다. 반응 가스 노즐(310, 320)에는, 회전 테이블(200)을 향하여 하방으로 개방되는 복수의 가스 토출 구멍(330)(도 7 참조)이, 반응 가스 노즐(310, 320)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다.
반응 가스 노즐(310)에는, 3방향 밸브 및 유량 조정기를 통해 TEMAZ 가스 공급원과 TMA 가스 공급원(모두 도시하지 않음)이 접속되고, 3방향 밸브의 전환에 의해, 소정의 유량으로 TEMAZ 가스와 TMA 가스가 선택적으로 반응 가스 노즐(310)을 통해 진공 용기(110)로 공급된다. 또한, 반응 가스 노즐(320)에는, 오존(O3) 가스 공급원(도시하지 않음)이 개폐 밸브 및 유량 조정기(모두 도시하지 않음)를 통해 접속되고, 반응 가스 노즐(320)을 통하여 진공 용기(110)로 오존 가스가 공급된다. 또한, 반응 가스 노즐(310)의 하방 영역을, TEMAZ 가스 및 TMA 가스를 선택적으로 웨이퍼(W)에 흡착시키기 위한 제1 처리 영역 P1이라 하고, 반응 가스 노즐(320)의 하방 영역을, 제1 처리 영역 P1에 있어서 웨이퍼(W)에 흡착된 TEMAZ 가스 또한／또는 TMA 가스를 산화시키는 제2 처리 영역 P2라 하는 경우가 있다.
또한, 분리 가스 노즐(410, 420)에는, 회전 테이블(200)을 향하여 하방으로 개방되는 복수의 가스 토출 구멍(42h)(도 7 참조)이, 분리 가스 노즐(410, 420)의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 배열되어 있다. 또한, 분리 가스 노즐(410, 420)에는, Ar이나 He 등의 희가스나 질소 가스 등의 불활성 가스의 공급원이 개폐 밸브 및 유량 조정기(모두 도시하지 않음)를 통해 접속되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 불활성 가스로서 N2 가스가 사용된다.
다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 진공 용기(110) 내에는 2개의 볼록 형상부(400)가 형성되어 있다. 볼록 형상부(400)는, 정상부가 원호 형상으로 절단된 대략 부채형의 평면 형상을 갖고, 본 실시 형태에 있어서는, 내원호가 돌출부(500)(후술)에 연결되고, 외원호가, 진공 용기(110)의 용기 본체(120)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다. 또한, 반응 가스 노즐(310)로부터 반응 가스 노즐(320)까지 미치는, 회전 테이블(200)과 동심원 형상의 가상선을 따른 진공 용기(110)의 단면도인 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 볼록 형상부(400)는, 천장판(111)의 이면에 설치되어 있다. 이로 인해, 진공 용기(110) 내에는, 볼록 형상부(400)의 하면인 낮은 천장면(440)(제2 천장면)과, 천장판(111)의 하면인, 천장면(440)보다도 높은 천장면(45)(제1 천장면)이 존재하고 있다. 이하의 설명에 있어서는, 낮은 천장면(440)과 회전 테이블(200) 사이의 협애한 공간을 분리 공간 H라 하는 경우가 있다. 또한, 높은 천장면(45)과 회전 테이블(200) 사이의 공간 중, 반응 가스 노즐(310)이 설치되는 공간을 참조 부호 481로 나타내고, 반응 가스 노즐(320)이 설치되는 공간을 참조 부호 482로 나타낸다.
또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(400)의 둘레 방향 중앙부에는, 회전 테이블(200)의 반경 방향을 따라 연장되는 홈부(430)가 형성되어 있고, 여기에 상술한 분리 가스 노즐(420)이 수용되어 있다. 또 하나의 볼록 형상부(400)에도 마찬가지로 홈부(430)가 형성되고, 여기에 분리 가스 노즐(410)이 수용되어 있다. 분리 가스 노즐(420)로부터 N2 가스가 공급되면, 이 N2 가스는, 분리 공간 H를 통하여 공간(481) 및 공간(482)을 향하여 흐른다. 이때, 분리 공간 H의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작으므로, N2 가스에 의해 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482)의 사이에 있어서, 분리 공간 H는 압력 장벽을 제공할 수 있다. 또한, 분리 공간 H로부터 공간(481 및 482)으로 흘러나오는 N2 가스는, 제1 처리 영역 P1로 공급되고, 볼록 형상부(400)를 향하여 흐르는 3DMAS 가스와, 제2 영역 P2로 공급되고, 볼록 형상부(400)를 향하여 흐르는 O3 가스에 대한 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서 제1 처리 영역 P1의 3DMAS 가스와, 제2 영역 P2의 O3 가스를 분리 공간 H에 의해 확실하게 분리할 수 있고, 따라서 진공 용기(110) 내에 있어서 3DMAS 가스와 O3 가스가 혼합되어 반응하는 것이 억제된다.
또한, 회전 테이블(200)의 상면에 대한 천장면(440)의 높이 h1은, 성막시의 진공 용기(110) 내의 압력, 회전 테이블(200)의 회전 속도, 공급하는 분리 가스(N2 가스)의 공급량 등을 고려하여, 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 하는 데에 적합한 높이로 설정하는 것이 바람직하다.
다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 천장판(111)의 하면에는, 회전 테이블(200)을 고정하는 코어부(210)의 외주를 둘러싸도록 돌출부(500)가 형성되어 있다. 이 돌출부(500)는, 본 실시 형태에 있어서는, 볼록 형상부(400)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속되어 있고, 그 하면이 천장면(440)과 동일한 높이로 형성되어 있다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 회전 테이블(200)과 용기 본체의 내주면 사이에 있어서, 공간(481)과 연통하는 제1 배기구(610)와, 공간(482)과 연통하는 제2 배기구(620)가 형성되어 있다. 제1 배기구(610) 및 제2 배기구(620)는, 도 4에 도시한 바와 같이 각각 배기관(630)을 통해 진공 배기 수단인, 예를 들어 진공 펌프(640)에 접속되어 있다. 또한, 도 4 중, 참조 부호 650은 배기관(630)에 설치된 압력 조정기를 나타낸다.
회전 테이블(200)과 진공 용기(110)의 바닥부(140) 사이의 공간에는, 도 4에 도시한 바와 같이 히터 유닛(700)이 설치되고, 회전 테이블(200)을 통해 회전 테이블(200) 상의 웨이퍼(W)가, 프로세스 레시피에 의해 결정된 온도(예를 들어, 450℃)로 가열된다. 회전 테이블(200)의 주연 부근의 하방측에는, 회전 테이블(200)의 하방의 공간으로 가스가 침입하는 것을 억제하기 위해, 링 형상의 커버 부재(710)가 설치되어 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 히터 유닛(700)이 배치되어 있는 공간보다도 회전 중심 부근의 부위에 있어서의 바닥부(140)는, 회전 테이블(200)의 하면의 중심부 부근에 있어서의 코어부(210)에 접근하도록 상방측으로 돌출되어 돌출부(12a)를 이루고 있다. 이 돌출부(12a)와 코어부(210) 사이는 좁은 공간으로 되어 있다. 또한, 바닥부(140)를 관통하는 회전축(220)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(220)의 간극이 좁게 되어 있고, 이들 좁은 공간은 케이스체(201)에 연통하고 있다. 그리고 케이스체(201)에는 퍼지 가스인 N2 가스를 좁은 공간 내에 공급하여 퍼지하기 위한 퍼지 가스 공급관(720)이 설치되어 있다. 또한, 진공 용기(110)의 바닥부(140)에는, 히터 유닛(700)의 하방에 있어서 둘레 방향으로 소정의 각도 간격으로, 히터 유닛(700)의 배치 공간을 퍼지하기 위한 복수의 퍼지 가스 공급관(730)이 설치되어 있다. 또한, 히터 유닛(700)과 회전 테이블(200) 사이에는, 히터 유닛(700)이 설치된 영역으로의 가스의 침입을 억제하기 위해, 커버 부재(710)로부터 돌출부(12a)의 상단부와의 사이를 둘레 방향으로 걸쳐 덮는 덮개 부재(7a)가 설치되어 있다. 덮개 부재(7a)는, 예를 들어 석영으로 제작할 수 있다.
퍼지 가스 공급관(720)으로부터 N2 가스를 공급하면, 이 N2 가스는, 회전축(220)의 관통 구멍의 내주면과 회전축(220)의 간극과, 돌출부(12a)와 코어부(210) 사이의 간극을 통하여, 회전 테이블(200)과 덮개 부재(7a) 사이의 공간을 흐르고, 제1 배기구(610) 또는 제2 배기구(620)(도 6)로부터 배기된다. 또한, 퍼지 가스 공급관(730)으로부터 N2 가스를 공급하면, 이 N2 가스는, 히터 유닛(700)이 수용되는 공간으로부터, 덮개 부재(7a)와 커버 부재(710) 사이의 간극(도시하지 않음)을 통하여 유출되고, 제1 배기구(610) 또는 제2 배기구(620)(도 6)로부터 배기된다. 이들 N2 가스의 흐름에 의해, 진공 용기(110)의 중앙 하방의 공간과, 회전 테이블(200)의 하방의 공간을 통하여, 공간(481) 및 공간(482) 내의 가스가 혼합되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 진공 용기(110)의 천장판(111)의 중심부에는 분리 가스 공급관(510)이 접속되어 있어, 천장판(111)과 코어부(210) 사이의 공간(520)에 분리 가스인 N2 가스를 공급하도록 구성되어 있다. 이 공간(520)에 공급된 분리 가스는, 돌출부(500)와 회전 테이블(200)의 좁은 공간(500)을 통해 회전 테이블(200)의 웨이퍼 적재 영역측의 표면을 따라 주연을 향해 토출된다. 공간(500)은, 분리 가스에 의해 공간(481) 및 공간(482)보다도 높은 압력으로 유지될 수 있다. 따라서 공간(500)에 의해, 제1 처리 영역 P1에 공급되는 3DMAS 가스와, 제2 처리 영역 P2에 공급되는 O3 가스가, 중심 영역 C를 통과하여 혼합되는 것이 억제된다. 즉, 공간(500)(또는, 중심 영역 C)은 분리 공간 H(또는, 분리 영역 D)와 마찬가지로 기능할 수 있다.
또한, 진공 용기(110)의 측벽에는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 외부의 반송 아암(10A)(도 6)과 회전 테이블(200) 사이에서 기판인 웨이퍼(W)의 전달을 행하기 위한 반송구(150)가 형성되어 있다. 이 반송구(150)는 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 개폐된다. 또한, 회전 테이블(200)에 있어서의 웨이퍼 적재 영역인 웨이퍼 적재부(240)는 이 반송구(150)에 면하는 위치에서 반송 아암(10A)과의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달이 행해지는 점에서, 회전 테이블(200)의 하방측에 있어서 전달 위치에 대응하는 부위에, 웨이퍼 적재부(240)를 관통하여 웨이퍼(W)를 이면으로부터 들어올리기 위한 전달용의 승강 핀 및 그 승강 기구(모두 도시하지 않음)가 설치되어 있다.
또한, 본 실시 형태에 의한 성막 장치(1)에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 이루어지는 제어부(100)가 설치되어 있고, 이 제어부(100)의 메모리 내에는, 제어부(100)의 제어하에, 후술하는 성막 방법을 성막 장치에 실시시키는 프로그램이 저장되어 있다. 이 프로그램은 후술하는 성막 방법을 실행하도록 스텝군이 짜여져 있고, 하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등의 매체(102)에 기억되어 있고, 소정의 판독 장치에 의해 기억부(101)에 판독되고, 제어부(100) 내에 인스톨된다.
이상과 같이 구성된 성막 장치(1)에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 이하와 같이 실시할 수 있다. 우선, 게이트 밸브(도시하지 않음)를 개방하고, 반송 아암(10A)에 의해 반송구(150)(도 5 및 도 6)를 통해 웨이퍼(W)를 회전 테이블(200)의 웨이퍼 적재부(240) 내에 전달한다. 이 전달은, 웨이퍼 적재부(240)가 반송구(150)에 면하는 위치에 정지하였을 때에 웨이퍼 적재부(240)의 바닥면의 관통 구멍을 통해 진공 용기(110)의 바닥부측으로부터 도시하지 않은 승강 핀이 승강함으로써 행해진다. 이와 같은 웨이퍼(W)의 전달을 회전 테이블(200)을 간헐적으로 회전시켜 행하고, 회전 테이블(200)의 5개의 웨이퍼 적재부(240) 내에 각각 웨이퍼(W)를 적재한다.
계속해서, 게이트 밸브를 폐쇄하고, 진공 펌프(640)에 의해 진공 용기(110)를 최저 도달 진공도까지 배기한 후, 분리 가스 노즐(410, 420)로부터 분리 가스인 N2 가스를 소정의 유량으로 토출하고, 분리 가스 공급관(510) 및 퍼지 가스 공급관(720)으로부터도 N2 가스를 소정의 유량으로 토출한다. 이에 수반하여, 압력 조정기(650)에 의해 진공 용기(110) 내를 미리 설정한 처리 압력으로 조정한다. 계속해서, 회전 테이블(200)을 시계 방향으로, 예를 들어 최대 240rpm의 회전 속도로 회전시키면서, 히터 유닛(700)에 의해 웨이퍼(W)를, 예를 들어 250℃에서 350℃까지의 범위의 온도로 가열한다.
이 후, 반응 가스 노즐(310)로부터 진공 용기(110)로 TEMAZ 가스를 공급하는 동시에, 반응 가스 노즐(320)로부터 O3 가스를 공급한다. 단, 이들 가스는 분리 영역 H(도 4)에 의해 분리되어, 진공 용기(110) 내에서 서로 혼합되는 경우는 거의 없다.
TEMAZ 가스와 O3 가스가 동시에 공급되는 동안에, 회전 테이블(200)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 제1 처리 영역 P1을 통과하면, 웨이퍼(W)가 TEMAZ 가스에 노출되어[스텝 S1(도 3)], 웨이퍼(W)의 표면에 TEMAZ 가스가 흡착되고, 제2 처리 영역 P를 통과하면, 웨이퍼(W)가 O3 가스에 노출되어[스텝 S2(도 3)], 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된 TEMAZ 가스가 O3 가스에 의해 산화된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)의 표면에 ZrO막이 성막된다. 이하, 원하는 막 두께를 갖는 ZrO막이 형성될 때까지 소정의 횟수만큼 회전 테이블(2)을 회전시키고(스텝 S3), TEMAZ 가스와 O3 가스의 공급을 정지함으로써, 제1 ZrO막의 성막을 종료한다.
다음에, 반응 가스 노즐(320)로부터 오존 가스를 공급하는 일 없이[이때 반응 가스 노즐(320)로부터, 예를 들어 N2 가스 등의 불활성 가스를 공급해도 됨], 반응 가스 노즐(310)로부터 진공 용기(110)로 TEMAZ 가스를 공급한다. 이에 의해, 웨이퍼(W)가 TEMAZ 가스에 노출되어(스텝 S4), 웨이퍼(W)의 표면에 TEMAZ 가스가 흡착된다.
계속해서, 반응 가스 노즐(310)로부터 TMA 가스를 공급한다. 이때, 반응 가스 노즐(320)로부터는, O3 가스도 다른 반응성 가스도 공급하지 않는다. 단, 반응 가스 노즐(320)로부터 Ar이나 He 등의 희가스나 질소 가스 등의 불활성 가스를 흘려도 된다. 여기서, 회전 테이블(2)의 회전에 의해 제1 처리 영역 P1을 웨이퍼(W)가 통과하면, 웨이퍼(W)(제1 ZrO막)의 표면에 TMA 가스가 흡착된다. 이에 의해, 제1 ZrO막의 표면에는, TEMAZ 가스 및 TMA 가스가 흡착되어 있게 된다.
다음에, 반응 가스 노즐(310)로부터의 TMA 가스의 공급을 정지하고, 반응 가스 노즐(320)로부터 O3 가스를 진공 용기(110)(제2 처리 영역 P2)에 공급한다. 여기서, 웨이퍼(W)가 제2 처리 영역 P2에 이르면, 웨이퍼(W)가 O3 가스에 노출되어[스텝 S6(도 3)], 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된 TEMAZ 가스 및 TMA 가스가 O3 가스에 의해 산화된다. 그리고 회전 테이블(2)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 제2 처리 영역 P2를 복수회 통과함으로써, 웨이퍼(W)의 표면에 흡착된 대략 모든 TEMAZ 가스 및 TMA 가스가 산화되어, 웨이퍼(W)(제1 ZrO막)의 표면 전체에 ZrAlO막이 성막된다.
이하, 상술한 제1 ZrO막의 성막의 수순과 동일한 수순이 행해지고(스텝 S7 내지 S9), 제2 ZrO막이 성막된다. 이 후, 진공 용기(110)로의 가스의 공급이 정지되고, 회전 테이블(2)의 회전이 정지되고, 진공 용기(110) 내에 웨이퍼(W)를 반입하였을 때의 수순과 반대의 수순에 의해, 진공 용기(110) 내로부터 웨이퍼(W)가 반출된다. 이에 의해 성막 공정이 종료된다.
이상과 같이, 상술한 성막 장치(1)에 의해서도, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 실시할 수 있다.
이상, 몇 개의 실시 형태 및 실시예를 참조하면서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태 및 실시예로 한정되는 일 없이, 첨부된 특허청구의 범위에 비추어, 다양하게 변형 또는 변경이 가능하다.
예를 들어, 제2 ZrO막의 성막 후, 스텝 S1(도 3)로 복귀되고, 제1 ZrO막, ZrAlO막 및 제2 ZrO막을 성막해도 된다. 또한, 이것을 복수회 반복해도 된다.
또한, 성막 장치(2)에 있어서 산소 플라즈마 대신에 O3 가스를 사용해도 되고, 성막 장치(1)에 있어서 O3 가스 대신에 산소 플라즈마를 사용해도 된다. 이 경우, 성막 장치(1)의 진공 용기(110) 내에, 예를 들어 회전 테이블(200)에 대략 평행하고, 또한 서로 대략 평행한 2개의 전극과, 이들 전극의 사이에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원과, 고주파 전원으로부터 2개의 전극에 공급되는 고주파에 의해 플라즈마를 생성하기 위해, 산소를 포함하는 플라즈마 생성 가스를 2개의 전극의 사이에 공급하는 가스 공급부를 포함하는 플라즈마 발생부를 배치해도 된다. 또한, 반응 가스 노즐(320)과 O2 가스 공급원 사이에 플라즈마 발생원(리모트 플라즈마)을 배치하고, 이 플라즈마 발생원에 의해 산소 플라즈마를 생성해도 된다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법은, 뱃치식의 성막 장치[예를 들어, 성막 장치(2)]나 회전 테이블식의 성막 장치[예를 들어, 성막 장치(1)]로 한정되지 않고, 예를 들어 매엽식의 성막 장치에 있어서도 실시할 수 있다.
또한, TEMAZ 대신에, TDMAZ(테트라키스디메틸아미노지르코늄), TDEAZ(테트라키스디에틸아미노지르코늄), ZTTB(지르코늄테트라터셜리부톡시드) 및 Zr(MMP)4(테트라키스메톡시메틸프로폭시지르코늄) 등의 유기 금속을 사용해도 되고, TMA 대신에, TEA(트리에틸알루미늄), TEA(테트라에틸알루미늄) 및 Al(MMP)3(트리스메톡시메틸프로폭시알루미늄) 등의 유기 금속을 사용해도 된다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법은, ZrAlO막으로 한정되지 않고, 다른 3원 화합물(3종류의 다른 원소를 포함하는 화합물)의 성막에 적용 가능하다. 예를 들어, Al, Zr, 구리(Cu), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti) 및 하프늄(Hf) 등의 금속 중 어느 2종류의 금속의 질화물 또는 산화물의 성막에도 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 적용할 수 있다. 또한, 실리콘(Si) 및 Hf의 질화물(SiHfN), 및 Si 및 Al의 산화물(SiAlO), 또는 질화물(SiAlN)의 성막에도 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 적용할 수 있다(본 명세서에 있어서는 Si도 금속에 포함되는 것으로 한다).
또한, Si의 원료로서, 디클로로실란(DCS), 테트라에톡시실란(TEOS), 테트라메틸실란(TMS), 헥사클로로디실란(HCDS), 모노실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 헥사메틸디실란(HMDS), 트리클로로실란(TCS), 디실릴아민(DSA), 트리실릴아민(TSA), 비스터셜부틸아미노실란(BTBAS), 트리스디메틸아미노실란(3DMAS), 테트라키스디메틸아미노실란(4DMAS), 트리스에틸메틸아미노실란(TEMASiH), 테트라키스에틸메틸아미노실란(TEMASi), 테트라키스메톡시메틸프로폭시실란(Si(MMP)4)을 사용할 수 있다.
또한, Cu의 원료로서, 구리 헥사플로오로아세틸아세토네이트(Cu(hfac)2), 구리 아세틸아세토네이트(Cu(acac)2), 구리 디피발로일메타네이트(Cu(dpm)2), 구리 디이소부티릴메타네이트(Cu(dibm)2), 구리 이소부티릴피발로일메타네이트[Cu(ibpm)2], 구리 비스6-에틸-2,2-디메틸-3,5-데카네디오네이트(Cu(edmdd)2), 구리 헥사플루오로아세틸아세토네이트트리메틸비닐실란(Cu(hfac)TMVS) 및 구리 헥사플로오로아세틸아세토네이트1,5-시클로옥타디엔(Cu(hfac)COD)을 사용할 수 있다.
또한, Ta의 원료로서, 5염화 탄탈(TaCl5), 5불화 탄탈(TaF5), 5브롬화 탄탈(TaBr5), 5요오드화 탄탈(TaI5), 터셜부틸이미드트리스(디에틸아미드)탄탈(Ta(NC(CH3)3)(N(C2H5)2)3(TBTDET)), 터셜리아밀이미드트리스(디메틸아미드)탄탈(Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3) 등을 사용할 수 있다.
또한, Ti의 원료로서, 4염화 티탄(TiCl4), 4불화 티탄(TiF4), 4브롬화 티탄(TiBr4), 4요오드화 티탄(TiI4), 테트라키스에틸메틸아미노티탄(Ti[N(C2H5CH3)]4(TEMAT)), 테트라키스디메틸아미노티탄(Ti [N(CH3)2]4(TDMAT)), 테트라키스디에틸아미노티탄(Ti [N(C2H5)2]4(TDEAT)) 등을 사용할 수 있다.
또한, Hf의 원료로서, TEH(테트라키스에톡시하프늄), Zr(OtBt)4, HTTB(하프늄테트라터셜리부톡시드), TDMAH(테트라키스디메틸아미노하프늄), TDEAH(테트라키스디에틸아미노하프늄), TEMAH(테트라키스에틸메틸아미노하프늄), Hf(MMP)4(테트라키스메톡시메틸프로폭시하프늄) 등을 사용할 수 있다.
또한, 산소 원료로서, O2나 O3 뿐만 아니라, 수분 또는 수증기(H2O)를 포함하는 기체를 사용해도 된다. 또한, 상술한 질화물의 질소 원료로서는, 암모니아(NH3), 히드라진(H4N2)(그 유기 화합물을 포함함), 또는 질소(N2) 등을 사용해도 된다. 또한, 상기한 산소 원료 및 질소 원료는, 플라즈마에 의해 활성화하여 기판에 공급해도 된다.
또한, 3원 화합물로 한정되지 않고, 4원 화합물의 성막에 대해서도 본 발명의 실시 형태에 의한 성막 방법을 적용할 수 있다.
또한, 성막 장치(1)에 있어서 분리 가스로서 N2 가스를 사용하고, 성막 장치(2)에 있어서 퍼지 가스로서 N2 가스를 사용하였지만, N2 가스 대신에 He, Ar 등의 희가스를 사용해도 된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 금속 화합물의 조성 제어성이 향상되는 원자층(분자층) 성막 방법이 제공된다.

Claims (8)

  1. 제1 금속을 함유하는 제1 원료 가스에 기판을 노출시키고, 당해 기판을, 상기 제1 원료 가스와 반응하는 반응 가스에 노출시키는 제1 사이클을 행하여 제1 금속 화합물의 막을 상기 기판에 성막하는 제1 성막 스텝과,
    상기 제1 금속 화합물의 막이 성막된 상기 기판을, 상기 제1 원료 가스에 노출시키고, 상기 제1 금속 화합물의 막에 상기 제1 원료 가스를 흡착시키는 흡착 스텝과,
    상기 제1 원료 가스가 흡착된 상기 기판을, 제2 금속을 함유하는 제2 원료 가스에 노출시키고, 당해 기판을, 상기 제2 원료 가스와 반응하는 반응 가스에 노출시키는 제2 사이클을 행하여 제2 금속 화합물의 막을 상기 기판에 성막하는 제2 성막 스텝을 포함하는, 성막 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 성막 스텝의 후에, 상기 제1 성막 스텝이 다시 행해지는, 성막 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 성막 스텝, 상기 흡착 스텝 및 상기 제2 성막 스텝이 이 순서로 반복되는, 성막 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 성막 스텝에 있어서, 상기 제1 사이클이 1회 이상 반복되는, 성막 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속이 지르코늄이고, 상기 제2 금속이 알루미늄인, 성막 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 원료 가스가 지르코늄의 유기 금속을 포함하고, 상기 제2 원료 가스가 알루미늄의 유기 금속을 포함하는, 성막 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지르코늄의 유기 금속이 테트라키스·에틸메틸·아미노지르코늄이고, 상기 알루미늄의 유기 금속이 트리메틸·알루미늄인, 성막 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 반응 가스가 산소를 포함하는, 성막 방법.
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